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Sicherheits-Klauenkunplung Vielfach ist es erforderlich, maschinelle
Antriebe gegen Uberlastung zu sichern, d. h. zu verhindern, daß ein vorher bestimmtes
Antriebs- oder Abtriebsdrehmoment überschritten wird. Das geschieht z. B.
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bei Antrieben von Gewindeschneidwerkzeugen durch Verwendung einer
Klauenkupplung, welche die Drehmomente unter Vermittlung von schräg zur Umlaufrichtung
liegenden Klauen-Flanken überträgt. Die hierbei auftretenden axialen Kraftkomponenten
suchen die beiden Kupplungshälften auseinanderzutreiben. Deshalb wird eine von ihnen
durch ein Axial-Drucklager unnachgiebig abgestützt, während auf die andere Kupplungshälfte
durch eine Feder eine begrenzte Gegenkraft in axialer Richtung ausgeübt wird. Überschreitet
das Abtriebs-Drehmoment einen vorher bestimmten Wert, wird die letztere Kupplungshälfte
unter der Wirkung der schrägen Klallen-Flanken verschoben, bis sie außer Eingriff
mit der anderen Kupplungshälfte gelangt. Da sich dann die beiden Kupplungshälften
relativ gegeneinander @erdrehen und die verschiebbare Kupplungshälfte durch die
Feder weiterhin gegen die andere gedrückt wird, besteht die Gefahr, daß die Kupplung
in kurzer Zeit warm läuft.
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Außerdem bereitet es Schwierigkeiten, das verlangte Drehmoment genau
einzustellen. Ferner sind Kupplungen mit Reibscheiben bekannt, die in axialer Richtung
hydraulisch belastet werden und beim Auftreten eines zu großen Drehmomentes aneinander
gleiten. Das ist aber mit einer unerwünschten Erwärmung der Reibscheiben verbunden.
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Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Sicherheitsklauenkupplung
mit schräg zur Umlaufrichtung liegenden Klauen-Flanken, die in axialer Richtung
aneinander gedrückt werden, so zu gestalten, daß ein Warmlaufen vermieden wird und
eine genaue Einstellung des nicht zu überschreitenden Drehmomentes möglich ist.
Das wird in erster Linie dadurch erreicht, daß zum Andrücken der Klauen-Flanken
aneinander ein-Zylinderraum eines doppelt wirkenden hydraulischen Kraftgerätes mit
Druckflüssigkeit beaufschlagt ist und beim Überschreiten eines vorher bestimmten
Drehmomentes mittels einer Umschalteinrichtung dieser Zylinderraum entlastet und
dem anderen Zylinderraum des hydraulischen Kraftgerätes Druckflüssigkeit zugeführt
wird, wodurch die Klauen-Flanken voneinander getrennt werden. Zweckmäßig wird an
die Zuleitung zu demjenigen Zylinderraum des hydrauliscen Kraftgerätes, der zum
Andrücken der Klauen-Flanken aneinander mit Druck sigkeit beaufschlagt wird, ein
einstellbares Druckbegrenzungsorgan angeschlossen, das beim Überschreiten des Flüssigkeitsdruckes,
der dem vorher bestimmten Drehmoment entspricht, die Umschalteinrichtung auslöst.
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Die Erfindung ist von basonderer Bedeutung für den Antrieb von Schneidwerkzeugen
an Tunnel-Fräamaschinen od. dgl., weil beim Arbeiten im Gestein häufig unvorhergesehene
Scheidwiderstände auftreten.
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Auf der Zeichnung ist ein Ausführungabeispiel des Erfindungsgegenstandes
dargestellt; und zwar zeigen: Fig. 1 eine Sicerheits-Klauenkupplung mit einer Umschalt-Einrichtung,
î eiem Axialscnitt, Fig. 2 und 3 dieselbe Umschalt-Einrichtung bei anderen Einstellungen,
in Axialschnitten, und
Fig. 4 den in die Ebene ausgebreiteten Schnitt
durch ineinandergreifende Klauen nach der dadurch die Linie IV-IV in Fig. I bezeichneten
Zylinderflasche mit der Drehachse als Mittellinie, in einem größeren Maßstab.
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Die Antriebswelle I und die Abtriebswelle 2 der Klauenkupplung sind
auf den einander gegenüberliegenden Stirnseiten eines Gehäuses 9 gelagert. An einem
Flansch 4 der Antriebswelle 1 ist eine Kupplungshälfte 5 befestigt. Diese hat eine
Nabe, in der eine Hülse 6 drehbar gelagert ist, die fest auf einem Zapfen am Ende
der Abtriebswelle 2 sitzt. Die andere Kupplungshälfte 7, ist auf einem Abschnitt
8 der Abtriebswelle 2 verschiebbar und gegenüber dieser undrehbar geführt.
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Zum Verschieben-der Kupplungshälfte 7 dient eine Hülse 9, die auf
einem weiteren Abschnitt 10 der Abtriebswelle 2 verschiebbar geführt ist. Die Hülse
9 trägt an ihrem von der Kupplungshälfte 7 abgewandten Ende einen Kolben II eines
doppelt wirkenden hydraulischen Kraftgerätes, dessen Zylinder i2 einerseits fest
an einer Scheibe 13 der Abtriebswelle 2 sitzt und andererseits mit einer Stirnwand
die Hülse 9 dicht umschließt. Die Verschiebung der Hülse 9 und der Kupplungshälfte
7 in Richtung von der Kupplungshälfte 5 weg wird durch einen an den Abschnitt 10
anschließenden Bund 14 der Abtriebswelle 2 und nach der entgegengesetzten Richtung
durch einen Kragen 15 an der Stirnwand des Zylinders 12 begrenzt.
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Die beiderseits des Kelbens II befindlichen Zylinderräume 16, 17
sind über ein Drehgelenk mit zwei an das Gehäuse 2 angeschlossenen Ölleitungen 18
bzw. 19 verbunden.
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Das Drehgelenk weist einen fest im Gehäuse 3 sitzenden Ringkörper
20 auf, innerhalb dessen der Zylinder 12 drehbar
geführt ist. In
die Innenfläche des Ringkörpers 20, welche die Umfangsfläche des Zylinders 12 dicht
umschließt, sind zwei Ringnuten 21, 22 eingearbeitet.
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Jede Ringnut 21, 22 ist durch eine Bohrung 23, 24 mit dem Zylinderraum
16 bzw. 17 verbunden. Andererseits ist eine Verbindung zwischen den Ringnflte' 21,
22 und den Öl-Leitungen 18 bzw. 19 durch Nippel 25 bzw. 26 hergestellt, die in das
Gehäuse 3 eingesetzt sind.
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Die Umsteuereinrichtung weist einen in einem Zylinder 27 verschiebbar
geführten Verteilerkolben 28 auf mit drei Ringnuten 29, 30, 31.
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An das Gehäuse 27 ist in der Mitte eine Druckölleitung 32 angeschlossen,
welche in die Ringnut 30 mündet.
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Ferner sind zwei Rücklauf-Leitungen 33, 34 son an-das Gehäuse 27 angeschlossen,
daß sie bei allen Stellungen des Verteilerkolbens 28 in die Ringnuten 29 bzw. 31
münden. Die beiden Ölleitungen 18 und 19 sind-an-das Gehäuse 27 so angeschlossen,
daß je nach der Stellung: des Verteilerkolbens 28 eine von ihnen mit der mittleren
Ringnut 30 und die andere mit einer der beiden äußeren Ringnuten 29, 31 verbunden
ist.
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An einem Ende ist der Zylinder 27 mit der Ölleitung 18 durch eine
Leitung 36 und ein Druckbegrenzungsventil 37 verbunden. Dieses läßt nur dann Öl
aus der Leitung 18 in die Leitung 36 übertreten, wenn in der Leitung 18 ein bestimmter
Öldruck überschritten wird. Die Höhe des Druckes kann an dem Druckbegrenzungsventil
37 eingestellt werden, in dem z. B. die Spannung einer Ventil belastungsfeder geändert
wird. Der jeweilige Druck in der Ölleitung 18 wird durch ein Manometer 38 angezeigt.
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In der Druckölleitung 32 befindet sich ein Rückschlagventil 39.
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Zum Verstellen des Verteilerkolbens 28 dient ein Zylinder 43 und ein
in diesem geführter. Steuerkolben 46, der mittels eines Handhebels 44 verschoben
werden kann und eine mittlere Ringnut 49 sowie zwei äußere Ringnuten 50, 51 hat.
An den Zylinder 43 sind eine Druckölleitung 47, die ein Rückschlagventil 52 enthält
und eine Rücklauf-Leitung 48 son angeschlossen, daß je nach der Stellung des Steuerkolbens
46 wechselweise eine von ihnen in die mittlere Ringnut 49 und gleichzeitig die andere
in eine der äußeren Ringnuten 50, 51 mündet.
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Ferner mündet eine Leitung 45, die von demselben Ende des Zylinders
27 ausgeht wie die Leitung 36, bei allen Stellungen des Steuerkolbens 46 in die
Ringnut 50, während eine von dem anderen Ende des Zylinders 27 ausgehende Leitung
35 immer in die mittlere Ringnut 49 des Steuerkolbens 46 mündet.
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Die Klauen 40, 41 der. Kupplungshälften 5 bzw. 7 haben das aus Fig.
4 ersichtliche, trapezförmige Profil. Sie liegen bei eingerëckter Kupplung mit ihren
Klauen-Flanken 42 aneinander an, die mit einem kleinen spitzen Winkel schräg zur
Umlaufrichtung verlaufen.
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Wenn von der Kupplungshälfte 5 auf die Kupplungshälfte 7 ein. Drehmoment
übertragen wird, wirken infolge der Schräglage der Klauenflanken 42 auf die Kupplungshälften
7 axiale Kraftkomponenten, welche diese auseinander zu treiben suchen. Die Kupplungshälfte
5 wird an einer axialen Verschiebung dadurch gehindert, daß sie an einem Bund 53
der Hülse 6 anliegt. Einer Verschiebung der Kupplungshälfte 7 im Sinne eines Auskuppels
wird dadurch entgegengewirkt, daß bei der aus Figur 3 er sichtlichen Stellung. des
Verteilerkolbens 28 Drucköl aus der Leitung-32 durch die Leitung 18 in den Zylinderraum
16 gelangt und auf den Kolben II eine Kraft in
Richtung nach der
Antriebswelle 1 hin ausübt. Hierbei ist der Zylinderraum 17 durch die Leitung 19
mit der Rücklauf-Leitung verbunden.
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In dem Maße, in dem das durch die Kupplung übertragene Drehmôment
größer wird, steigt der Öldruck in dem Zylinderraum 16. Da dieser an dem Manometer
38 abgelesen werden kann, ist die Höhe des jeweils übertragenen Drehmomentes erkennbar.
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Wenn das von der Kupplung übertragene Drehmoment einen vorher bestimmten
Höchstwert überschreitet, wird das Druckbegrenzungsventil 37 durch den entsprechenden
Öldruck, der an diesem Ventil eingestellt ist, geöffnet.
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Infolgedessen gelangt Drucköl durch die Leitung 36 in den links von
dem Verteilerkolben 28 befindlichen Zylinderraum. Aus diesem kann das Drucköl nicht
entweichen, weil bei der Stellung des Steuerkolbens 46 nach Fig>. 3 die Ringnut
50, mit welcher der erwähnte Raum am linken Ende des Zylinders 27 verbunden ist,
nicht mit der RücklauS-Leitung 48 in Verbindung steht. Doch ist der am anderen Ende
des Zylinders 27 befindliche Raum über die Leitung 35 und die Ringnut 49 mit der
Rücklauf-Leitung 48 verbunden. Infolgedessen wird der Verteilerkolben 28 durch den
auf seine linke Stirnfläche wirkenden hohen Öldruck, der von dem Zylinderraum 16
herrührt, in die aus Fig. 1 ersichtliche Lage geschoben.
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Nunmehr ist der Zylinderraum 16 durch die Leitung 18 und die Ringnut
29 mit der Rücklauf-Leitung 33 verbunden, während der Zylinderraum 17 durch die
Leitung 19 und den Ringraum 30 mit Drucköl aus der Leitung 32 beaufschlagt wird.
Infolgedessen wird der Kolben 11 in Richtung von der Antriebswelle 1 weg verschoben,
so daß die Klauen
40 und 41 völlig außer Eingriff gelangen. Diese
gleiten daher weder mit ihren Flanken 42 noch mit ihren ebenen Stirnflächen aufeinander,
so daß an ihnen keine Reibungswärme entsteht, auch wenn sich die Wellen 1 und 3
weiterhin relativ zueinander drehen.
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Wenn nach Fortfall des unzulässig-großen Drehmomentes die Klauenkupplung
wieder eingerückt werden soll, wird der Steuerkolben 46 in die Lage nach Fig. 2
geschoben.
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Infolgedessen wird die rechte Stirnfläche des Verteilerkolbens 28
über die Leitung 35 und die Ringnut 49 mit dem hohen Öldruck aus der Leitung 47
beaufschlagt, während gleichzeitig die linke Stirnfläche des Verteilerkolbens 28
entlastet wird-, da das linke-Ende des Zylinders 27 über die Leitung 45 und die
Ringnut 50 mit der Rücklauf-Leitung 48 i.n-Verbindung steht. Infolgedessen wird
der Verteilerkolben 28 aus der Lage nach Fig. 1 und 2 in die nach Fig. 3 geschoben.
Nun steht der Zylinderraum 16 wieder unter hohem Druck, während der Zylinderraum
17 entlastet ist. Demzufolge wird der Kolben 11 nach rechts geschoben, und die Klauen
41 der Kupplungshälfte 7 werden mit den Klauen 40 der Kupplungshälfte 5 in Eingriff
gebracht.
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Der Steurkolben 46 wird alsdann in die aus Fig 3 ersichtliche Lage
geschoben, damit die Verstelleinrichtung wieder bereit ist für den Fall, daß das
von der Kupplung übertragene Drehmoment den vorher bestimmten Wert übersteigt.